本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：
以張拉整體概念為基礎(chǔ)的各種預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，是順應(yīng)時(shí)代要求而產(chǎn)生的外形靈活新穎的結(jié)構(gòu)體系，且已越來越多地應(yīng)用于體育場館、航站樓及火車站房等實(shí)際工程中。由于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的損傷積累、預(yù)應(yīng)力損失等，直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用。為了及時(shí)了解結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)未知的損傷，建立工程結(jié)構(gòu)的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，就顯得十分迫切。但目前對大跨度應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測，無論在理論上還是在手段上均有一定的缺陷?；趥鞲邢到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)也較少，作為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全維護(hù)的參考和應(yīng)用的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的開發(fā)是目前亟待解決的難題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工與運(yùn)營期間進(jìn)行三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：一種用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、可視化顯示子系統(tǒng)和安全預(yù)警子系統(tǒng)；其特征在于：傳感子系統(tǒng)對待測結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集傳感子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)傳輸給可視化顯示子系統(tǒng)和安全預(yù)警子系統(tǒng)，可視化顯示子系統(tǒng)用于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化顯示，安全預(yù)警子系統(tǒng)用于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)警。優(yōu)選地，傳感子系統(tǒng)，包括布設(shè)在待測結(jié)構(gòu)上的氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器、結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器和輔助監(jiān)測傳感器。優(yōu)選地，氣象環(huán)境檢測傳感器包括風(fēng)速、風(fēng)向傳感器，溫濕度傳感器，雨量計(jì)和氣壓計(jì)；結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器包括應(yīng)變計(jì)，鋼筋計(jì)，溫度計(jì)，測斜計(jì)，位移計(jì)和索力計(jì)；輔助監(jiān)測傳感器包括靜力水準(zhǔn)儀，振動(dòng)傳感器，GPS定位儀。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀、監(jiān)測主機(jī)和第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)采集儀接收傳感子系統(tǒng)的模擬信號，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，檢測主機(jī)向檢測數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送指令請求檢測數(shù)據(jù)后監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀向監(jiān)測主機(jī)發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，檢測主機(jī)將監(jiān)測數(shù)據(jù)存入監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，包括監(jiān)測客戶端主機(jī)、監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)和第二監(jiān)測數(shù)據(jù)庫；檢測客戶端主機(jī)從數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)向檢測客戶端主機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)置頻率，請求監(jiān)測客戶端主機(jī)發(fā)送檢測數(shù)據(jù)；監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)接收監(jiān)測客戶端發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)并存入第二監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。優(yōu)選地，可視化顯示子系統(tǒng)，主要包括模型加載、模型編輯和模型顯示三個(gè)模塊。優(yōu)選地，安全預(yù)警子系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)分析、鈴聲警告和方案生成三個(gè)模塊。一種用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，采用上述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，具體包括以下步驟：(1)、確定預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測部位，布設(shè)傳感器；(2)、選擇并安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成傳感器模擬信號的轉(zhuǎn)換和讀取及存儲(chǔ)；(3)、在監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)安裝監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并調(diào)試客戶端主機(jī)與服務(wù)器端主機(jī)連接與通信；(4)、創(chuàng)建結(jié)構(gòu)三維模型(5)、加載并編輯三維模型，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可視化顯示(6)、確定結(jié)構(gòu)安全等級，實(shí)現(xiàn)安全警告。優(yōu)選地，采用的傳感器包括，氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器、結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器和輔助監(jiān)測傳感器；氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器包括，風(fēng)速、風(fēng)向傳感器；溫濕度傳感器；雨量計(jì)；氣壓計(jì)；結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器包括應(yīng)變計(jì)；鋼筋計(jì)；溫度計(jì)；測斜計(jì)；位移計(jì)；索力計(jì)；輔助監(jiān)測傳感器包括，靜力水準(zhǔn)儀；振動(dòng)傳感器；GPS定位儀；客戶端主機(jī)從數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，并以一定的頻率實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程的服務(wù)端主機(jī)；服務(wù)端接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在本地的第二監(jiān)測數(shù)據(jù)庫?？紤]現(xiàn)實(shí)需求，可在服務(wù)端遠(yuǎn)程更改客戶端主機(jī)的數(shù)據(jù)讀取與傳輸頻率。優(yōu)選地，確定三個(gè)安全級別：安全、比較安全和不安全。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)勢：基于傳感系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠精確有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)的性能變化，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)理論數(shù)據(jù)的對比分析，進(jìn)行安全預(yù)警，給施工過程和正常結(jié)構(gòu)加固提供決策性技術(shù)依據(jù)，從而有效避免不必要的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；對于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)效率最大化、保證結(jié)構(gòu)使用安全，具有重大的科研價(jià)值，也具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。附圖說明圖1為預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；圖2為預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：如圖1所示，用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、可視化顯示子系統(tǒng)和安全預(yù)警子系統(tǒng)；傳感子系統(tǒng)對待測結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集傳感子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)傳輸給可視化顯示子系統(tǒng)和安全預(yù)警子系統(tǒng)，可視化顯示子系統(tǒng)用于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化顯示，安全預(yù)警子系統(tǒng)用于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)警。傳感子系統(tǒng)，包括布設(shè)在待測結(jié)構(gòu)上的氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器、結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器和輔助監(jiān)測傳感器。其中氣象環(huán)境檢測傳感器包括風(fēng)速、風(fēng)向傳感器，溫濕度傳感器，雨量計(jì)和氣壓計(jì)等；結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器包括應(yīng)變計(jì)，鋼筋計(jì)，溫度計(jì)，測斜計(jì)，位移計(jì)和索力計(jì)等；輔助監(jiān)測傳感器包括靜力水準(zhǔn)儀，振動(dòng)傳感器，GPS定位儀等。上述各類傳感器對待測鋼結(jié)構(gòu)的各方面狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀、監(jiān)測主機(jī)和第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)采集儀接收傳感子系統(tǒng)的模擬信號，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，檢測主機(jī)向檢測數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送指令請求檢測數(shù)據(jù)后監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀向監(jiān)測主機(jī)發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，檢測主機(jī)將監(jiān)測數(shù)據(jù)存入監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，包括監(jiān)測客戶端主機(jī)、監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)和第二監(jiān)測數(shù)據(jù)庫；檢測客戶端主機(jī)從數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)向檢測客戶端主機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)置頻率，請求監(jiān)測客戶端主機(jī)發(fā)送檢測數(shù)據(jù)；監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)接收監(jiān)測客戶端發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)并存入第二監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。可視化顯示子系統(tǒng)，主要包括模型加載、模型編輯和模型顯示三個(gè)模塊。首先由模型加載模塊加載鋼結(jié)構(gòu)的三維模型，可以是dwg、mdl等格式的三維模型文件，成功加載后，可對三維模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，以達(dá)到監(jiān)測的精確定位。然后通過模型編輯模塊對三維模型進(jìn)行編輯，編輯操作有：在相應(yīng)位置添加監(jiān)測點(diǎn)，綁定對應(yīng)的傳感器通道，確定安全限值等。最后由模型顯示模塊對模型進(jìn)行可視化顯示，在監(jiān)測點(diǎn)的附近（比如右上角）實(shí)時(shí)顯示結(jié)構(gòu)對應(yīng)位置的真實(shí)監(jiān)測值，達(dá)到三維可視化動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示目的。安全預(yù)警子系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)分析、鈴聲警告和方案生成三個(gè)模塊。當(dāng)監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)接收到遠(yuǎn)程傳來的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，首先由數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)與已設(shè)置好的安全限值進(jìn)行對比，確定是否需要發(fā)出安全警告。當(dāng)需要發(fā)出安全警告時(shí)，由鈴聲警告模塊進(jìn)行鈴聲安全警告，同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)果，由方案生成模塊自動(dòng)生成最初的安全方案，供用戶參考。如圖2所示，用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的三維可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，采用上述監(jiān)測系統(tǒng)，具體包括以下步驟：1、確定預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測部位，布設(shè)傳感器。建立預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)有限元模型，采用ANSYS等結(jié)構(gòu)分析工具對該結(jié)構(gòu)在不利工況下的受力進(jìn)行計(jì)算分析，確定傳感器的布設(shè)類型、數(shù)量及位置。采用的傳感器包括，氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器、結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器和輔助監(jiān)測傳感器；氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器包括，風(fēng)速、風(fēng)向傳感器；溫濕度傳感器；雨量計(jì)；氣壓計(jì)；結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器包括應(yīng)變計(jì)；鋼筋計(jì)；溫度計(jì)；測斜計(jì)；位移計(jì)；索力計(jì)；輔助監(jiān)測傳感器包括，靜力水準(zhǔn)儀；振動(dòng)傳感器；GPS定位儀；在結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位布設(shè)各類傳感器后，形成完整的傳感子系統(tǒng)。2、選擇并安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成傳感器模擬信號的轉(zhuǎn)換和讀取及存儲(chǔ)；考慮采集系統(tǒng)的采集頻率和所采用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，可選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備(例如，由北京數(shù)泰科技公司提供的DT系列的數(shù)據(jù)采集器；由基康儀器（北京）有限公司提供的各類讀數(shù)儀等)；確定數(shù)據(jù)采集設(shè)備后，通過導(dǎo)線，將采集設(shè)備與傳感器進(jìn)行連接；通過RS232串口或者網(wǎng)線將采集設(shè)備與監(jiān)測主機(jī)進(jìn)行連接；監(jiān)測主機(jī)安裝第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測主機(jī)從監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并存入第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。3、在監(jiān)測服務(wù)端主機(jī)安裝監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并調(diào)試客戶端主機(jī)與服務(wù)器端主機(jī)連接與通信?？蛻舳酥鳈C(jī)從數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的第一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，并以一定的頻率實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程的服務(wù)端主機(jī)；服務(wù)端接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在本地的第二監(jiān)測數(shù)據(jù)庫?？紤]現(xiàn)實(shí)需求，可在服務(wù)端遠(yuǎn)程更改客戶端主機(jī)的數(shù)據(jù)讀取與傳輸頻率。4、創(chuàng)建結(jié)構(gòu)三維模型采用三維建模工具，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的三維模型，形成DWG等格式的三維模型文件；將模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對，確定三維模型上監(jiān)測點(diǎn)，數(shù)量與位置。5、加載并編輯三維模型，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可視化顯示實(shí)現(xiàn)可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測，關(guān)鍵是在服務(wù)端主機(jī)上加載三維結(jié)構(gòu)模型。當(dāng)服務(wù)端接收到客戶端發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，便可加載結(jié)構(gòu)三維模型。然后可以在模型的相應(yīng)位置添加監(jiān)測點(diǎn)，并與從客戶端接收的相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，在監(jiān)測點(diǎn)的附近實(shí)時(shí)顯示遠(yuǎn)程傳來的監(jiān)測值。當(dāng)加載完模型，并成功添加監(jiān)測點(diǎn)后，便可對模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，以方便對某個(gè)監(jiān)測的監(jiān)測值進(jìn)行查看。見說明書附圖1中可視化顯示子系統(tǒng)。6、確定結(jié)構(gòu)安全等級，實(shí)現(xiàn)安全警告根據(jù)對結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算分析，得出監(jiān)測部位的理論值范圍，并根據(jù)理論值，設(shè)定安全級別。當(dāng)實(shí)際監(jiān)測值處于某個(gè)范圍時(shí)，可以認(rèn)定結(jié)構(gòu)處于的安全等級。可確定三個(gè)安全級別：安全，比較安全，不安全。當(dāng)接收到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，由安全預(yù)警子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊將監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出結(jié)構(gòu)的對應(yīng)部位的安全等級，鈴聲警告模塊會(huì)根據(jù)安全等級，確定是否發(fā)出警告和發(fā)出何重警告。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于不安全等級時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)已定義的計(jì)算和處理方式，給出初期的安全處理方案，供用戶參考。